Standard di qualità

 

Introduzione

Il termine "qualità dell'acqua" descrive le proprietà fisiche, chimiche, biologiche e estetiche dell'acqua che determinano il suo stato di salute per una varietà di usi e per proteggere la salute e l'integrità degli ecosistemi acquatici. Molte di queste proprietà sono controllate o influenzate da sostanze che sono o disciolte o sospese all'interno dell'acqua. Gli "standard di qualità dell'acqua" includono parametri numerici stabiliti a livello nazionale (attraverso leggi e decreti) per controllare la qualità dell'acqua relativamente a specifiche tipologie di gestione della stessa.

                           

Nel tempo sono stati pubblicati molti differenti criteri e linee guida all'interno di riviste nazionali ed internazionali.  Sono stati spesso utilizzati approcci e metodologie differenti per ottenere criteri e linee guida: ad esempio alcune linee guida specificano le massime concentrazioni adatte per l'impiego di certi tipi di acque, mentre altre cercano di definire la concentrazione ideale di un elemento, spesso con l'aggiunta di un fattore di sicurezza.

Gli standard più comuni utilizzati per determinare la qualità dell'acqua sono stati definti in merito all'acqua potabile, alla sicurezza relativa al contatto umano e alla salute degli ecosistemi. Questi standard sono parte della norma che definisce la quantità accettabile di un determinato elemento all'interno dell'acqua e sono sviluppati da parte di organismi normativi al fine di proteggere la salute umana. Gli obiettivi che si vogliono ottenere relativamente alla qualità dell'acqua sono tipicamente più stringenti rispetto a quelli che valgono per gli standard e possono includere parametri non coperti dai regolamenti ma di particolare importanza in funzione dell'entià dell'obiettivo che ci si è preposto. 

Dal momento che le tecniche analitiche per misurare gli elementi dell'acqua sono diventate più sofisticate e la conoscenza di come la salute umana possa essere influenzata da tali elementi sono aumentate, standard e regolamenti sono diventati vieppiù stringenti, il che vuol dire che la regolamentazione riguarda un maggior numero di sostanze con concentrazioni richieste sempre più basse.

Il metodo ideale per definire gli standard prevede una determinazione scientifica dei rischi e dei benefici sulla salute, una stima tecnico/ingegneristica dei costi per soddisfare livelli differenti di qualità dell'acqua e decisioni a livello regolamentare/politico che pesino costi e benefici per definire gli standard.

 

Qualità dell'acqua

Molti sono i fattori che possono influenzare la qualità delle acque superficiali e della falda freatica. L'acqua che si muove sopra o sotto la superficie della terra può andare incontro a modificazioni di carattere fisico e chimico. Queste modificazioni possono essere causate sia da fattori naturali che dall'attività dell'uomo.

I contaminanti possono compromettere la qualità dell'acqua e influenzare il suo utilizzo. Un contaminante è una sostanza non desiderata che si trova all'interno dell'acqua normalmente non presente o naturalmente presente ma ad una concentrazione eccessivamente elevata.

I contaminanti possono essere suddivisi in 4 classi generali: sedimenti o materiale organico naturale, nutrienti, batteri e sostanze tossiche. Essi possono entrare in contatto con le acque da sorgenti di contaminazione puntuali o non puntuali. Le sorgenti puntuali apportano i contaminanti a siti ben distinti come lo scarico di un tubo, un fossato, un pozzo o la presenza di deiezioni animali in una specifica area aziendale. Tali sorgenti possono essere controllate fino ad un certo punto attraverso trattamenti collocati in corrispondneza o prima del punto di scarico. Le sorgenti di inquinamento non-puntuali apportano contaminanti a partire da una vasta area; come risultato tali sorgenti non possono essere facilmente controllate come avviene per quelle puntuali. Le sorgenti non-puntuali includono l'atmosfera, le aree agricole, i campi da golf, le zone residenziali, le strade, i parcheggi e i contributi da parte delle acque di falda lungo tratti di corsi d'acqua.

Sedimenti e materiali organici naturali

Il sedimento è definito come l'insieme delle particelle derivanti da suolo, rocce o sostanza organica che è stato o è tuttora trasportato dall'acqua o dal vento. Il materiale organico naturale include i residui vegetali e i rifiuti umani e animali. L'erosione della superficie terrestre e delle sponde dei corsi d'acqua produce sedimenti. L'erosione avviene naturalmente, ma le attività umane come l'agricoltura, il taglio e il trasporto degli alberi o la costruzione di strade può accrescere il trasporto dei sedimenti verso e tra i corsi d'acqua.

I sedimenti che si depositano nei corsi d'acqua possono determinare restrizioni alla navigazione. I sedimenti possono anche accrescere la possibilità che si verifichino alluvioni diminuendo la capacità di stoccaggio delle riserve idriche e la capacità dei canali o dei corsi d'acqua. Il particolato sospeso contribuisce alla riduzione della limpidezza e della qualità dell'acqua. I sedimenti fini possono alterare in modo significativo le comunità acquatiche ostruendo le branchie dei pesci e soffocando le loro uova. Sostanze pericolose come i metalli pesanti e composti chimici tossici possono legarsi ai sedimenti e muoversi con loro trasportati dalla corrente.

Sostanze nutritive

Le sostanze nutritive sono tutti quei composti organici o inorganici necessari alla vita. Per fare degli esempi si possono citare il carbonio, l'azoto, il fosoforo e il potassio. Le sostanza nutritive vengono apportate dall'atmosfera, dai terreni coltivati, dai campi da golf, dai prati, dagli impianti di trattamento delle acque e dalle industrie.

Una quantità eccessiva di nutrienti nell'acqua può determinare uno sviluppo sproporzionato della vegetazione acquatica. La decomposizione di questo eccesso di vegetazione può sottrarre ossigeno dall'acqua e causare la morte dei pesci e di altri organismi acquatici. Alti livelli di nitrati o ammonio possono avere un impatto negativo sull'acqua potabile. La Fig. 1 mostra il fenomeno di eutrofizzazione dovuto alla crescita di alghe in corrispondenza di livelli elvati di nutrienti nell'acqua.

                                    

                             Figura 1: Comparsa di alghe in corrispondenza di alti valori di sostanze nutritive

Batteri

Alcuni batteri in grado di causare malattie possono essere trasportati verso le acque superficiali o le falde dal traboccamento delle fogne, da quanto fuoriesce dalle fosse settiche e dal percolato proveniente da allivamenti di animali e pascoli. Alcuni batteri costituiscono un pericolo per l'uomo e i microrganismi indicatori come i coliformi fecali vengono utilizzati per determinare la presenza di batteri pericolosi. I batteri indicatori si trovano in gran quantità nell'intestino umano e di altri animali a sangue caldo.

Sostanze tossiche

In quantità sufficienti, le sostanze tossiche, come i solventi usati nei detergenti, i fitofarmaci e alcuni metalli, possono provocare malattie, mutazioni genetiche e persino morte. Le sostanze chimiche tossiche possono penetrare nelle acque attraverso gli scarichi diretti delle fabbriche o da uno smaltimento non corretto di rifiuti industriali, di cava, agricoli e civili. I contaminanti derivanti da usi industriali dell'acqua includono sostanze tossiche derivanti dalla produzione di solventi, acidi e alcali.

Anche concentrazioni estremamente basse di alcune sostanze chimiche sono pericolose per l'uomo e la vita acquatica. Le sostanze tossiche possono anche influenzare la crescita, il metabolismo, la riproduzione e il comportamento degli organismi.

 

Effetto dei contaminanti sulla qualità dell'acqua

L'effetto che un contaminante ha sull'acqua dipende dalle caratteristiche dell'acqua stessa e dalla quantità e caratteristiche del contaminante. Ciascun corpo d'acqua può essere descritto in funzione delle sue caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche. Insieme, queste caratteristiche conferiscono a ciascun corpo d'acqua una certa abilità di assorbire o assimilare alcuni contaminanti senza esserne degradato. Per esempio i grandi corsi d'acqua possono assorbire quantità di contaminanti maggiori rispetto a corsi d'acqua di minore portata. 

Molte attività dell'uomo possono alterare o danneggiare la qualità dell'acqua. Di solito tali attività aumentano la concentrazione dei contaminanti disciolti o sospesi, variano l'acidità delle acque che li ricevono e/o incrementano la temperatura dell'acqua.

Il grado con il quale le attività dell'uomo hanno alterato la qualità dell'acqua di un particolare corpo idrico possono essere comunemente determinate attraverso la raccolta di campioni e andando a comparare la composizione chimica dell'acqua e la componente biotica del sistema contaminato con gli stessi parametri misurati in un'area vicina non contaminata dall'attività dell'uomo. La composizione chimica del corpo idrico non contaminato è definita come composizione chimica di "background". 

La quantità di contaminanti che raggiunge le sorgenti di acqua dipende da molti fattori tra cui le pratiche di gestione del suolo, le caratteristiche del bacino idrografico, le caratteristiche chimiche del contaminante che viene rilasciato nell'ambiente.

I corsi d'acqua e i corpi idrici poco profondi non confinati sono più vulnerabili alla contaminazione rispetto alle acque profonde. I corpi idrici confinati generalmente vengono interrati in profondità al di sotto della superficie del suolo e sono protetti da strati di materiale relativamente impermeabile che impedisce il movimento di acque contaminate a partire dalla superficie del suolo.

Risulta estremamente difficile invertire il processo di contaminazione delle falde in parte a causa della bassa velocità con cui l'acqua si muove attraverso i materiali che costituiscono la falda. Alcuni fitofarmaci sono in grado di arrecare danno all'uomo, alla flora e alla fauna se questi sono esposti a livelli abbastanza alti e per un periodo di tempo abbastanza lungo. In funzione della composizione chimica e della concentrazione, i potenziali effetti sulla salute includono tumori, disordini dell'apparato riproduttivo e nervoso e tossicità acuta.

 

Standard di qualità dell'acqua

Gli standard di qualità dell'acqua vengono stabiliti per assicurare che gli usi dell'acqua siano protetti. L'Environmental Protection Agency (EPA) americana fornisce assistenza nello sviluppo degli standard di qualità che sono determinati sulla base di uno o di tutti gli elementi che seguono: uso vantaggioso delle acque, criteri descrittivi e numerici che ne supportino gli usi e definizione degli ambiti di utilizzo per impedirne la degradazione. 

Gli usi vantaggiosi sono gli usi che la qualità dell'acqua può sostenere senza essere compromessa. I criteri di tipo numerico stabiliscono i parametri minimi di tipo fisico, chimico e biologico richiesti per sostenere un uso vantaggioso dell'acqua. I criteri di tipo descrittivo della qualità definiscono le condizioni e gli obiettivi conseguibili che devono essere tenuti i considerazione al fine di supportare un certo utilizzo dell'acqua. 

Nel 2000, il 19% dei corsi d'acqua degli Stati Uniti è stato monitorato al fine di determinare la qualità delle acque di tali fiumi. Il 53% dei campioni rispettava i parametri di qualità definiti mentre una qualche forma di inquinamento è stata osservata all'interno del 39% dei campioni analizzati. 

 

Monitoraggio della qualità dell'acqua

Le misurazioni relative al monitoraggio richiedono un campionamento frequente, preselezionato e ripetuto. In ogni caso l'uso di metodi diagnostici dispendiosi e che richiedono molto tempo per l'esecuzione appare non appropriato.

Legislazione vs costi

La legislazione definisce quali parametri devono essere monitorati in relazione ad elementi quali la qualità di tipo chimico dell'acqua potabile, lo smaltimento dei rifiuti, ecc. Una volta che una sostanza rientra all'interno dei parametri definiti dalla legge, sarà necessario disporre di sensori al fine di monitorarla. Comunque la maggiorparte dei parametri dell'acqua può essere determinata in modo accurato attraverso comuni e preesistenti metodi analitici di laboratorio. I sensori sono richiesti nel caso risulti necessario monitorare dei parametri nel punto di scarico o nell'ambiente esterno.

Tecnologia ottica per la determinazione della qualità dell'acqua

E' possibile rimpiazzare, semplificare e ridurre la taglia di strumenti ottici esistenti utilizzando le attuali tecniche spettrometriche e chimiche in modo tale da renderle più convenienti, più compatte e poterle trasportare dal laboratorio al sito in cui devono essere effettuate le analisi.

La sostituzione di sensori e strumenti e tecniche di monitoraggio esistenti con tecnologie di tipo ottico dipende dai seguenti fattori:

  • Le tecnologie di tipo ottico sono in grado di lavorare meglio ed essere più affidabili e accurate con un'accresciuta sensibilità, specificità, rapidità di risposta e capacità di misurare nuovi parametri?
  • Possono offrire vantaggi di tipo economico rispetto alle tecniche esistenti: ad es. sono meno costose?
  • Riduzione dei costi di proprietà, possibilità di utilizzare sensori multi-parametrici e/o usa e/o on-line per la riduzione dei costi.
  • Possibilità di funzionare in situazioni in cui il campionamento e le analisi di laboratorio tradizionali sono troppo lente e costose. 

Vedi anche:

  1. http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/en/
  2. http://water.epa.gov/scitech/swguidance/waterquality/standards/index.cfm
  3. http://www.fao.org/docrep/003/t0234e/t0234e00.htm

Riferimenti bibliografici

  • Colin F. and Quevauviller P. (editors) (1997). In Proceedings of the European Workshop on Standards, Measurements and Testing for the Monitoring of Water Quality: the Contribution of Advanced Technologies, Nancy, France, 29-31 May, ELSEVIER SCIENCE Ltd., UK, ISBN: 008-043340-5 (Paper: Scully P., Optical techniques for water monitoring, p. 15-35).
  • Vandas S.J., T.C. Winter and W.A. Battaglin (2002). Water and the environment. American Geological Institute in cooperation with Bureau of Reclamation, National Park Service, U.S. Army Corps of Engineers, USDA Forest Service, U.S. Geological Survey, ISBN: 0-922152-63-2.